Pemuaian Zat Padat, Cair, Dan Gas Thursday, January 24th 2013. | rumus fisika

Pemuaian Zat Padat, Cair, dan Gas- Pemuaian zat adalah peristiwa perubahan geometri dari suatu

benda karena pengaruh panas (kalor). Perubahan geometri ini bisa meliputi bertambahnya panjang,

lebar, maupun volume. Pemuaian biasanya diiringi dengan kenaikan suhu zat. Sobat mungkin pernah

melihat rel kereta yang bengkok, itu adalah contoh peristiwa pemuaian (yang merugikan). Selain contoh

pemuaian yang merugikan, masih banyak contoh pemuaian yang menguntungkan. Misalnya saja

pemuaian cairan merkuri pada termometer. Selain termometer, masih ada contoh sederhana yang bisa

kita lihat dari pemuaian bimetal. Pemuaian bimetal ini banyak digunakan di alat-alat listrik seperti setrika

dan sekring yang prinsipnya sebagai safety tool dari kebakaran maupun korsleting.

Jenis-jenis pemuaian zat

1. Pemuaian Zat Padat

Pemuaian zat padat merupakan peristiwa bertambah panjang, lebar, atau volume suatu benda padat

karena pengaruh panas (kalor). Contoh pemuaian zat padat seperti pemuaian rel kereta yang telah

disebutkan tadi.

Jenis-jenis Pemuaian Zat Padat

Benda padat pada prinsipnya mengalami pemuaian di semua bagian benda tersebut (volume) tapi guna

memudahkan mempelajarinya, pemuaian zat padat dibagi menjadi 3

a. Pemuaian Panjang

Pemuaian panjang adalah pertambahan panjang benda akibat pengaruh suhu (1 dimensi). Coba amati

kabel listrik yang terlihat lebih kendor di siang hari jika dibanding pada pagi hari, itulah contoh dari muai

pemuaian panjang. Besarnya pemuaian zar tergantung pada konstanta muai panjang zat dan nilai

konstanta tersebut akan berbeda-beda untuk tiap zatnya. Alat yang digunakan untuk menyelidiki

pemuaian panjang berbagai jenis zat padat adalah musschenbroek. Pemuaian panjang suatu benda

dipengaruhi oleh panjang mula-mula benda, besar kenaikan suhu, dan tergantung dari jenis benda.

Rumus pemuaian panjang

Δx= Lo. α. ΔT

ΔX =besarnya pemuaian panjang

Lo = panjang mula-mula

α = konstanta pemuaian

ΔT = selisih suhu

L = Lo + Δx

L = Lo (1 + α.ΔT)

L = panjang setelah dipanaskan

Lo = panjang mula-mula

tabel koefisien muai panjang beberapa zat padat

No Jenis zat Alpha( /0C)

1

2

3

4

5

6

7

8

Aluminium

Perunggu

Baja

Tembaga

Kaca

Pirek

Berlian

Grafit

0,000024

0,000019

0,000011

0,000017

0,000009

0,000003

0,000001

0,000008

contoh soal pemuaian panjang

Sebuah logam pada mulanya memiliki panjang 20 cm. Kemudian menerima kalor dan suhunya naik

sebesar 40 derajat. Jika koefisien muai panjang logam tersebut adalah 0,001/oC Maka berapa panjang

logam tersebut setelah suhunya naik?

Pembahasan

L = Lo (1 + α.ΔT)

L = 0,2. (1+0,001.40)

L = 0,2. (1+0,04)

L = 0,2.1,04 = 0,208 m

b. Pemuaian Luas

Contoh pemuaian luas yang bisa sobat amati adalah pada pemanasan lempeng tipis logam. Lempeng

tipis logam akan mengalami penambahan luas setelah dipanaskan. Kemampuan suatu benda untuk

mengalami pemuaian luas sangat ditentukan oleh koefisien muai luas dilambangkan dengan β, Dengan

nilai β = 2α. Rumus Pemuaian Luas

ΔA = Ao.β.ΔT

A = Ao + ΔA

A = A0 (1+β.ΔT)

Ao = Luas Sebelum dipanaskan

A = luas setelah pemanasan

ΔA = penambahan luas

β = koefisien muai luas

ΔT = selisih suhu (kenaikan suhu)

contoh soal pemuaian luas

sebuah lempeng logam mula-mula mempunyai luas 100 cm2 lalu menerima kalor sehingga suhunya naik

50oC, jika koefisien muai panjang lempeng logam tersebut adalah 0,001/oC maka berapa pertambahan

luas lempeng logam tersebut?

ΔA = Ao.β.ΔT

ΔA = Ao.2α.ΔT

ΔA = 1.2.0,001.50 = 0,1 m2

c. Pemuaian Volume

Pemuaian volume sama juga dengan pertambahan atau pemuaian panjang secara 3 dimensi. Karena itu

muai volume sama juga dengan tiga kali muai panjang. Pemuaian volume suatu zat tergantung pada

koefisien muai volumenya γ (gamma) dimana γ = 3α

ΔV = Vo.γ.ΔT

V= Vo + ΔV

V= Vo(1+γ.ΔT)

ΔV = penambahan volume

Vo = volume awal

ΔT = kenaikan suhu

γ = koefisien muai volume

Contoh Soal Pemuaian Volume

Sebuah kubus dengan rusuk 10 cm dan koefisien muai panjang 0,001/oC. Kubus tersebut diberi kaalor

sehingga suhu awalnya yang 30oC mejadi 80oC, berapakah pertambahan volume dan volume akhir

kubus tersebut?

Pembahasan

ΔV = Vo.γ.ΔT

ΔV = 1000.3.o,oo1.(80-50)

ΔV = 150 cm2

V= Vo + ΔV

V= 1000 + 50 = 1050 cm2

2. Pemuaian Zat Cair

Pada zat cair pemuaian yang terjadi hanya pemuaian volume, tidak ada pemuaian panjang dan luas. Ini

terkait dengan sifat dar zat cair sendiri yang bentuknya berubah-ubah sesuai dengan bentuk wadah yang

ditempatinya. Coba sobat isi penuh sebuah panci dengan air kemudia panaskan, beberapa saat

kemudian akan ada air yang tumpah dari panci tersebut, itulah salah satu contoh pemuaian zat cair.

Masih banyak lagi contoh-contoh pemuaian zat cair yang bisa sobat temukan.

rumus pemuaian zat cair

secara matematis rumus pemuaian zat cair sama dengan rumus pemuaian volume pada pemuaian zat

padat. Besarnya pemuaian zat cair ditentukan dari koefisien muai volume nya b .

ΔV = Vo.b.ΔT

dengan b adalah koefisien muai volume zat cair. Nilai b ini berbeda dengan γ atau koefisien muai volume

zat padat. ΔV penambahan volume yang terjadi. ΔT selisih suhu.

contoh soal pemuaian zat cair

Sebuah panci berisi air penuh dengan volume 4 liter. Air dalam panci tersebut kemudian di panaskan

sehingga mengalami kenaikan suhu sebanyak 80 oC. Berapakah volume air yang akan tumpah dari panci

tersebut? (koefisien muai air = 0,004/oC

Pembahasan

Volume air yang tumpah sama dengan penambahan volume air akibat pemanasan, jadi

ΔV = Vo.b.ΔT

ΔV = 4 liter.0,004.80

ΔV = 1,28 liter

Pemuaian Zat Gas/ Pemuaian Gas

Gas juga megalamai pemuaian layaknya pada pemuaian zat cair dan zat padat. Khusus untuk pemuaian

zat ini agak berbeda dengan pemuaian zat padat dan pemuaian zat cair. Ada satu variabel yang sangat

menentukan pemuaia zat gas yaitu tekanan. Sobat muengkin pernah melihat balon yang kepanasan tiba-

tiba meletus, itu salah satu contoh sederhana pemuaian gas.

Hukum yang menjelaskan tentang pemuaian zat gas

a. Hukum Gay Lussac

PV = nRT

P = tekanan (atm)

V = volume (L)

n = mol zat

R = 0,0082

T = suhu (0K), x0C = (x + 273)0K

hukum Gay Lussac menyatakan bahwa pada tekanan tetap volume gas sebanding dengan suhu gas

mutlak tersebut sehingga

V/T = nR/T = tetap

karena perbandingan volme dan suhu tetap, maka perbandingan volume dan susu sebelum dan sesudah

pemuaian juga akan tetap. Sehingga persamaannya menjadi

Vo V1

—- = —- –> pemuaian gas pada tekanan tetap (Isobar)

T1 T2

dengan T = suhu dalam satuan kelvin

b. Hukum Boyle

hukum boyle menyatakan bahwa pada batas-bats tertentu suhu rendah yangp, berlaku bbahwa hasil

perkaian antara tekanan dan volume selalu tetap. Secara matematis rumusnya

PV = nRT = tetap

karena perkalian tekanan dan volume selalu tetap, maka perkalian volume dan volume sebelum dan

sesudah pemuaian juga tetap. jadi persamaan rumusnya

P1.V1 =P2.V2 –> pemuaian gas pada suhu tetap (isotermal)

c. Hukum Boyle-Gay Lussac

Sesuai namanya hukum ini merupakan perpaduan antara hukum boyle dengan hukum lussac. Hukum ini

menyatakan bahwa dalam pemuaian zat gas perkalian volume dengan tekanan dibagi suhu selalu tetap.

P1.V.1 P2.V2

——– = ———- = tetap

T1 T2

Contoh Soal Pemuaian Gas

Pada tekanan tetap, sebuah gas memiliki volume 200 cm3 pada suhu 27, pada sushu 127 berapakah

volume gas tersebut.

Pembahasan

Kita bisa menggunakan rumus hukum boyle

Vo V1

—- = —-

T1 T2

200/(27+273) = V1/(127+273)

200/300 = V1/400

V1 = 2/3 x 400 = 266, 67 cm3

Contoh Pemuaian

Jenis

Pemuaian Zat

Contoh

Pemuaian Zat

Pemuaian

Zat padat

1. Rel Kereta Api yang bengkok karena panas

2. Kabel listrik/telepon yang lebih kendur ketika siang

hari

3. Bimetal pada alat-alat listrik seperti pada setrika yang

akan mati sendiri ketika sudah terlalu panas.

4. Pemuaian pada kaca rumah.

5. Mengeling Pelat Logam Umumnya dilakukan

pada pembuatan container dan badan kapal besar.

6. Pemasangan Ban Baja pada Roda Lokomotif

Dilakukan dengan cara memanaskan ban baja hingga

memuai kemudian dipasangkan pada poros

roda,setelah dingin akan menyusut dan mengikat

kuat.

Pemuaian

Zat Cair

1. Termometer Memanfaatkan pemuaian zat cair

(raksa atau alkohol) pada tabung thermometer.

2. Air dalam panci akan meluap ketika

dipanaskan. (selain dipengaruhi oleh konveksi kalor

peristiwa ini juga dipengaruhi oleh pemuaian air)

Pemuaian

(zat) Gas

1. Balon yang meletus terkena panas.

2. Roda kendaraan yang meletus terkena panas

Sebenarnya masih banyak lagi contoh pemuaian zat di kehidupan kita. Sobat bisa coba mengamatinya

sendiri.

Manfaat dan Kerugian Pemuaian Zat

Benar kata pepatah semua itu ada baik dan buruknya termasuk juga pemuaian. Beberapa pemuaian zat

yang tidak terkendali bisa menjadi sesuatu yang merugikan seperti rel kereta yang bengkok atau ban

kendaraan yang pecah tiba-tiba karena terlalu panas. Ini bisa menyebabkan kecelakann yang fatal. Yang

paling penting adalah kita mengatisipasinya sebaik mungkin seperti membuat jarak antar rel atau

membuat ban dari bahan yang tidak mudah memuai. Selain merugikan masih banyak juga manfaat dari

pemuaian zat sepeti pemuaian bimetal yang digunakan untuk pengamanan alat-alat listrik dari kebakaran

atau korsletting dan juga pemakaian listrik berlebih.

Rumus-Rumus Fisika Lengkap/Pemuaian Dari Wikibuku bahasa Indonesia, sumber buku teks bebas

< Rumus-Rumus Fisika Lengkap

Muai panjang

Rumus:

= panjang akhir (m, cm)

= panjang awal (m, cm)

= koefisien muai panjang (/°C)

= perbedaan suhu (°C)

Muai volume

Rumus:

Keterangan:

= volume akhir (m3, cm3)

= volume awal (m3, cm3)

= = koefisien muai volume (/°C)

= selisih suhu (°C)

Muai luas

Rumus:

Keterangan:

= luas akhir (m2, cm2)

= luas awal (m2, cm2)

= = koefisien muai luas (/°C)

= selisih suhu (°C)

Pengertian Kalor

Kalor didefinisikan sebagai energi panas yang dimiliki oleh suatu zat. Secara umum untuk mendeteksi

adanya kalor yang dimiliki oleh suatu benda yaitu dengan mengukur suhu benda tersebut. Jika suhunya

tinggi maka kalor yang dikandung oleh benda sangat besar, begitu juga sebaliknya jika suhunya rendah

maka kalor yang dikandung sedikit.

Dari hasil percobaan yang sering dilakukan besar kecilnya kalor yang dibutuhkan suatu benda(zat)

bergantung pada 3 faktor

1. massa zat

2. jenis zat (kalor jenis)

3. perubahan suhu

Sehingga secara matematis dapat dirumuskan :

Q = m.c.(t2 – t1)

Dimana :

Q adalah kalor yang dibutuhkan (J)

m adalah massa benda (kg)

c adalah kalor jenis (J/kgC)

(t2-t1) adalah perubahan suhu (C)

Kalor dapat dibagi menjadi 2 jenis

Kalor yang digunakan untuk menaikkan suhu

Kalor yang digunakan untuk mengubah wujud (kalor laten), persamaan yang digunakan dalam kalor

laten ada dua macam Q = m.U dan Q = m.L. Dengan U adalah kalor uap (J/kg) dan L adalah kalor

lebur (J/kg)

Dalam pembahasan kalor ada dua kosep yang hampir sama tetapi berbeda yaitu kapasitas kalor (H) dan

kalor jenis (c)

Kapasitas kalor adalah banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu benda sebesar 1 derajat

celcius.

H = Q/(t2-t1)

Kalor jenis adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 1 kg zat sebesar 1 derajat

celcius. Alat yang digunakan untuk menentukan besar kalor jenis adalah kalorimeter.

c = Q/m.(t2-t1)

Bila kedua persamaan tersebut dihubungkan maka terbentuk persamaan baru

H = m.c

Analisis grafik perubahan wujud pada es yang dipanaskan sampai menjadi uap. Dalam grafik ini dapat

dilihat semua persamaan kalor digunakan.

Keterangan :

Pada Q1 es mendapat kalor dan digunakan menaikkan suhu es, setelah suhu sampai pada 0 C kalor yang

diterima digunakan untuk melebur (Q2), setelah semua menjadi air barulah terjadi kenaikan suhu air (Q3),

setelah suhunya mencapai suhu 100 C maka kalor yang diterima digunakan untuk berubah wujud menjadi

uap (Q4), kemudian setelah berubah menjadi uap semua maka akan kembali terjadi kenaikan suhu kembali

(Q5)

Untuk mencoba kemampuan silakan kkerjakan latihan soal dengan cara klik disini.

Hubungan antara kalor dengan energi listrik

Kalor merupakan bentuk energi maka dapat berubah dari satu bentuk kebentuk yang lain. Berdasarkan

Hukum Kekekalan Energi maka energi listrik dapat berubah menjadi energi kalor dan juga sebaliknya energi

kalor dapat berubah menjadi energi listrik. Dalam pembahasan ini hanya akan diulas tentang hubungan

energi listrik dengan energi kalor. Alat yang digunakan mengubah energi listrik menjadi energi kalor adalah

ketel listrik, pemanas listrik, dll.

Besarnya energi listrik yang diubah atau diserap sama dengan besar kalor yang dihasilkan. Sehingga secara

matematis dapat dirumuskan.

W = Q

Untuk menghitung energi listrik digunakan persamaan sebagai berikut :

W = P.t

Keterangan :

W adalah energi listrik (J)

P adalah daya listrik (W)

t adalah waktu yang diperlukan (s)

Bila rumus kalor yang digunakan adalah Q = m.c.(t2 – t1) maka diperoleh persamaan ;

P.t = m.c.(t2 – t1)

Yang perlu diperhatikan adalah rumus Q disini dapat berubah-ubah sesuai dengan soal.

Asas Black

Menurut asas Black apabila ada dua benda yang suhunya berbeda kemudian disatukan atau dicampur maka

akan terjadi aliran kalor dari benda yang bersuhu tinggi menuju benda yang bersuhu rendah. Aliran ini akan

berhenti sampai terjadi keseimbangan termal (suhu kedua benda sama). Secara matematis dapat

dirumuskan :

Q lepas = Q terima

Yang melepas kalor adalah benda yang suhunya tinggi dan yang menerima kalor adalah benda yang

bersuhu rendah. Bila persamaan tersebut dijabarkan maka akan diperoleh :

Q lepas = Q terima

m1.c1.(t1 – ta) = m2.c2.(ta-t2)

Catatan yang harus selalu diingat jika menggunakan asasa Black adalah pada benda yang bersuhu tinggi

digunakan (t1 – ta) dan untuk benda yang bersuhu rendah digunakan (ta-t2). Dan rumus kalor yang

digunakan tidak selalu yang ada diatas bergantung pada soal yang dikerjakan.

Rumus-Rumus Fisika Lengkap/Kalor

Dari Wikibuku bahasa Indonesia, sumber buku teks bebas

< Rumus-Rumus Fisika Lengkap

Kalor adalah bentuk energi yang berpindah karena perubahan suhu (Δt).

Daftar isi

[sembunyikan]

1 Kalor

2 Kalor Lebur dan Uap

3 Hukum Kekekalan Kalor

4 Kapasitas kalor

5 Literatur

Kalor

Rumus:

dengan ketentuan:

= kalor yang diterima suatu zat (Joule)

= massa zat (Kilogram)

= kalor jenis zat (Joule/kilogram°C)

= perubahan suhu (°C) → (t2 - t1)

Kalor Lebur dan Uap

Kalor lebur

Kalor uap

dengan ketentuan:

= Kalor lebur zat (Joule/kilogram)

= Kalor uap zat (Joule/kilogram)

Hukum Kekekalan Kalor

Asas Black

Asas Black : Jumlah kalor yang diterima sama dengan jumlah kalor yang dilepas.

Kapasitas kalor

Kapasitas kalor adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan oleh benda untuk menaikkan suhunya 1°C.

Rumus kapasitas kalor:

dengan syarat:

= Kapasitas kalor (Joule/°C)